塔筒作为风力发电机组关键支撑结构,其结构稳定性直接影响着整机发电效能。随着塔筒趋向高耸化发展,加之风力发电机组工作环境恶劣,对服役塔筒结构设计提出更高要求。本研究在国家自然科学基金项目“西北典型风资源环境下变刚度风电机组叶片结构性能退化机理研究（No.51965034）”资助下,针对风力发电机组塔筒结构稳定性问题,基于结构仿生设计理论,以竹子为仿生原型,将竹节结构与维管束结构引入塔筒结构,开展塔筒仿竹结构设计。基于竹子结构宏微观特性研究,结合等强度梁理论和特征值屈曲分析,构建仿竹塔筒几何模型,采用有限元法对仿竹塔筒与原始塔筒进行静态和动态效能对比分析,验证仿竹塔筒结构合理性。在此基础上,为进一步提升仿竹塔筒结构稳定性,本研究对其进行多目标参数优化设计,具体内容如下:（1）求解塔筒载荷并对其进行静力学研究。塔筒的结构设计需考虑极端工况的影响,本研究依据IEC 61400-1-2019标准,求解塔筒在极端湍流模型（DLC1.3）、极端阵风模型（DLC3.2）与极端风速模型（DLC6.1）下载荷分布。构建塔筒有限元模型,对塔筒在上述三种极端工况下强度与刚度展开研究,结果表明塔筒在DLC1.3与DLC3.2工况下强度与刚度均符合工程规范要求。在工况DLC6.1下,塔筒塔顶位移达到739.46mm,占塔筒总高的0.92%,接近工程许用规范要求1%,表明该工况下风力发电机组存在安全隐患。（2）塔筒仿竹结构设计与静、动态分析。本研究以竹子作为仿生原型,以2MW风力发电机组塔筒为研究目标,采用模糊相似性分析法从结构、功能、载荷和约束四个方面求解竹子与塔筒的相似度,验证生物选型合理性。基于竹子秆茎构型规律以及竹子结构组织特性分析,设计出一种由5个法兰连接、具有4根加劲肋的仿竹塔筒结构。分别构建仿竹塔筒模型与原始塔筒模型,采用有限元法对其进行静态与动态效能对比研究,结果表明:仿竹塔筒相较原始塔筒最大位移响应与最大应力响应分别降低5.93%和13.75%,前两阶固有频率均提升3%,结构稳定性提升1.1%。（3）构建仿竹塔筒优化问题Kriging近似模型。首先基于仿竹塔筒静、动态特性研究,确定以质量与最大位移为目标响应。然后采用相关性分析求解仿竹塔筒整体结构参数与质量、位移响应间的相关系数,筛选保留对目标响应影响较大的结构参数。然后采用最优拉丁超立方试验设计获取试验设计表,构建仿竹塔筒塔顶位移响应和质量响应的Kriging模型。最后借助交叉验证法和R2误差分析方法对模型精度进行综合评估,保证Kriging模型精度满足仿竹塔筒多目标优化需求。（4）采用NSGA-Ⅱ算法对仿竹塔筒结构参数开展多目标优化。本研究以整体质量响应和最大位移响应为优化目标,以强度、固有频率、边界条件以及屈区稳定性为约束条件,结合非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对仿竹塔筒结构参数进行多目标优化,得到一组仿竹塔筒结构设计最优方案。基于多目标优化得到的结构参数,构建优化后仿竹塔筒有限元模型并对其进行静、动态研究,结果表明优化后仿竹塔筒整体稳定提升2.45%,最大位移响应下降0.77%,此外,优化后仿竹塔筒质量减小1.49%,用钢量减少2789Kg。优化后仿竹塔筒稳定性及经济性均得到提升,为服役塔筒结构仿生设计提供科学依据。